航空電子用高純水制取工藝及運用范文

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《航天標準化》2017年第1期

摘要：結合航空電子場所生產用水，對高純水制取的幾個關鍵流程進行闡述分析，當原水水質不同時，采用相對應的處理工藝，以滿足對高純水水質的需求。

關鍵詞：高純水；反滲透；離子交換；消毒；工藝流程

1水質和應用

航空電子場所的生產，需要用高純材料、高純試劑、高純氣體和高純水。如果在制作過程中帶入過量的雜質，就會破壞器件結構的完整性，影響其性能，嚴重的污染還可導致器件完全失效。因此提高水質和制取高純水是一項十分重要的基礎技術。高純水是指化學純度極高的水，用水的導電性指標表示。電阻的大小反映了離子的多少，反映了水的純度。斷面1cm×1cm、長1cm體積的水（25℃）所測得的電阻稱為電阻率，單位為“歐姆•厘米”（Ω•cm）。電阻率越高，水越純，通常絕對純水的電阻率約為18.3MQ•cm。

2水中的雜質

水中的雜質包括懸浮物質、膠體、溶解物質等，泥土、砂、浮游生物、微生物均屬懸浮物，膠體包括無機膠體和有機膠體，溶解物質包括溶解鹽類、溶解氣體、溶解性有機物，均會對水的電阻率產生影響。

3預處理

為全部或部分去除源水中的機械雜質、懸浮物、微生物、膠體、溶解氣體及部分無機、有機雜質，對水進行預處理，為脫鹽和后處理工序創造條件，包括凝聚與混凝、過濾、吸附、軟化、脫氣等。

3.1混凝凝聚水

中粗分散系雜質由于顆粒大，易于通過沉淀過濾除去，高分散系雜質一般可通過脫鹽工藝除去，膠體雜質主要通過混凝凝聚、澄清、過濾工藝去除。

3.2過濾

源水經過沉淀或澄清處理后，部分大顆粒雜質被除去，進一步提高水質還需要用過濾的方法除去細小的雜質顆粒。對于高純水處理，一般采用多級過濾器，級數越多，則懸浮雜質過濾越徹底。

3.3吸附

活性炭是高純水制取中吸附法中廣泛使用的主要吸附劑，其主要有效粒徑為0.4～1.0mm，均勻系數為1.4～2；有粒狀和粉狀兩種結構，吸附能力以物理吸附為主；主要作用為降低水的氧化要求，避免有機物進入，除去水中殘留的氯，除去水中的三鹵化物。活性炭吸附的設置位置可根據源水水質情況，需保護陽床時宜設在陽床前，需保護反滲透膜時宜設在反滲透工藝前。源水中含有較大的顆粒物時，必須先通過過濾去除大顆粒后才可進入活性炭，以免堵塞活性炭的微孔。

3.4軟化

為保護水處理系統中的過濾膜，防止產生水垢，預處理中需要對水進行軟化處理。加藥軟化法適用于非堿性水，硬度在75～175mg/l。離子交換法可對水進行軟化處理，通常采用鈉離子交換劑或氫離子交換劑，用鈉離子或氫離子將水中的鈣、鎂離子置換出來，降低水的硬度。因用氫離子交換樹脂處理后的水呈酸性，一般將其與鈉離子交換樹脂聯合使用。

3.5脫氣

水中含有溶解氣體，有O2，CO2、CH4等，脫氣可減少系統水對用水設備的腐蝕，減少陰離子樹脂的負荷，提高出水水質指標。脫氣裝置通常放在陽離子交換樹脂之后，陰離子交換樹脂之前。我國有些地區，水中碳酸氫根含量不高，可以不設脫氣裝置。

4去除溶解雜質

在高純水制備中，用單一的工藝方法制取的純水，電阻率指標較低，通常聯合應用幾種工藝方法，以獲取高電阻率指標。

4.1蒸餾法

蒸餾法采用氣液相變法和分離法的原理對原料水進行化學和微生物的純化，經一次蒸餾所得的水電阻率一般不超過0.5MQ•cm，經三次蒸餾所得的水在2MQ•cm左右。現今采用的一般為多效蒸餾水機，水通過多效蒸發和冷凝、排除不凝性氣體和雜質，獲得高純度純水。蒸餾法耗能高，但通過蒸餾法至少能減少原料水中的99.99%內毒素含量，其制備的水是熱水系統，能有效的抑制生物的繁殖。

4.2電滲析

電滲析是利用半透膜的選擇透過性，在電場作用下，溶液中的帶電的溶質粒子通過膜進行遷移，是20世紀50年代開展應用的一種水處理技術，在當今的高純水制取工藝中，由于其脫鹽率低，操作維護相對復雜，已較少應用。

4.3反滲透

反滲透是一種精密的膜法液體分離技術，它能阻擋所有溶解性鹽及相對分子質量大于100D的有機物。水分子能透過膜，雜質離子透不過，在膜的一端加壓使水克服滲透壓到達膜的另一端，膜的兩端分別得到純水和濃水，將濃水排出，留下淡水。反滲透膜適宜的工作溫度為25℃左右，溫度低時膜的透水速度下降，產水量低；溫度過高時，膜的水解速度加快，會導致膜結構不可逆的變化。反滲透技術對源水水質要求高，需定期維護。

4.4離子交換離子交換就是水中所溶解的雜質離子與交換樹脂上的陽離子陰離子發生交換反應，經過處理后，雜質離子被留在了樹脂分子上，水中剩下的為離子交換樹脂上的陽離子和陰離子。離子交換法被廣泛用在水的軟化和純化工藝流程中。離子交換法處理后的水，電阻率很高，制備高純水通常需要在制水流程中采用離子交換工序。

5消毒

純水中細菌依然可以繁殖，微生物污染會影響高純水的水質，因此高純水系統中必須進行消毒滅菌。消毒滅菌的方式有加藥、高溫、紫外線照射和臭氧殺毒滅菌。加藥滅菌的藥劑種類有甲醛、雙氧水、次氯酸鈉等，因加入藥劑會對高純水水質造成影響，所以加藥消毒滅菌常用在新設備試運轉階段；加熱消毒滅菌效果明顯，但設備成本高，耗能高，殺菌時間長，通常用在食品行業和制藥行業；紫外線消毒殺菌能力強，速度快，不需向水中投加藥劑，不改變水的化學成分，適合于純水制備系統；臭氧消毒滅菌能在多級水處理系統中除去細菌，氧化、分解水溶性的有機物，能夠連續的去除細菌和病毒，對水處理系統中的設備、管路，均起到消毒滅菌作用。過量的臭氧，可利用紫外線催化臭氧分解，用紫外線燈照射除去。

6應用

某航空電子企業生產中需用18MQ•cm的高純水，以市政自來水為源水，設計為預處理過濾、超濾、加氧化劑、加阻垢劑、精密過濾、反滲透、電去離子、拋光混床（見圖1）。圖1高純水制取流程圖阻垢劑，去除有機物，保護反滲透膜，在反滲透膜前增加5um的保安過濾器，利用反滲透膜法去除溶解鹽類、雜質，進一步采用EDI電去離子裝置去除離子。然后經過拋光精混床處理，最終出水電阻率未18MΩ•cm，高純水輸水管采用沒有添加劑、焊接時不用焊條、不用膠粘劑和任何溶劑的聚偏氟乙烯管，水質輸送中無添加劑、增塑劑、著色劑和金屬離子析出，確保高純水系統制取出水合格，輸送管路不降低水質，滿足用水指標要求。

7結束語

純化水最初采用蒸餾方法制取，后來相繼出現了電滲析、離子交換、反滲透等處理方法，這些方法各有適用性，實際應用中，需要根據源水水質和用水水質要求，有針對性地設計處理流程，使制水流程高效、經濟、節能、易于操作管理。

參考文獻：

[1]馮敏.現代水處理技術[M].北京:化學出版社,2006.

[2]許保玖,安鼎年.給水處理理論與設計[M].北京:中國建筑工業出版社,1992.

[3]聞瑞梅,王在忠.高純水技術[M].北京:科學出版社.

作者：李穎華 單位：中國航空規劃設計研究總院有限公司